Tiểu luận môn công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn: xử lý khí thải bằng phương pháp nhiệt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM
KHOA CNSH & KTMT
  
MÔN: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
KHÍ THẢI & TIẾNG ỒN
Đề tài: Xử lý khí thải bằng phương
pháp nhiệt
Giảng viên: Trần Đức Thảo
Lớp: 03DHMT2- Thứ 2, tiết 10-12
Nhóm 4
1. Nguyễn Ngọc Kiều Anh 2009120152
2. Lê Thị Thúy An 2009120177
3. Ngô Thu Trang 2009120130
4. Nguyễn Hoàng Khánh Trang 2009120164
5. Đoàn Thị Thu Hằng 2009120116
6. Lê Thị Tuyết Linh 2009120140
TP. Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 10 năm 2014
Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt
Page 2
PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC
STT
MSSV
HỌ & TÊN
CÔNG VIỆC
1
2009120152
Nguyễn Ngọc Kiều Anh
Buồng đốt, tổng hợp TL, làm
powerpoint, word
2
2009120130

Ngô Thu Trang
Buồng đốt, hình ảnh
3
2009120177
Lê Thị Thúy An
Khái niệm, làm powerpoint, hình
ảnh
4
2009120164
Nguyễn Hoàng Khánh Trang
Thiêu đốt trực tiếp, hình ảnh
5
2009120116
Đoàn Thị Thu Hằng
Thiêu đốt có xúc tác, hình ảnh
6
2009120140
Lê Thị Tuyết Linh
Thiêu đốt có xúc tác, hình ảnh
DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1: Đầu đốt của hệ thống thiêu đốt bằng ngọn lửa trực tiếp.
Hình 2: Buồng đốt hình trụ đứng với ống cấp khí thải theo phương tiếp tuyến
Hình3: Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian lưu của khí thải trong buồng đốt ứng
với các mức độ oxy hóa khác nhau của chất ô nhiễm
Hình 4: Sơ đồ cấu tạo của buồng đốt có hâm nóng
Hình 5: Sơ đồ CT buồn đốt có xúc tác
Hình 6: sơ đồ lắp đặt buồng đốt có xúc tác đề xử lý khói thải từ lò công nghiệp
Hình 7: Biểu đồ hiệu quả oxi hóa phụ thuộc vào nhiệt độ của chất xúc tác Pt/Al2O3 đối
với một số chất ô nhiễm phổ biến
DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1. Giới hạn cháy của một số chất khí & hơi trong hỗn hợp với không khí tính theo%
Bảng 2: Nhiệt độ làm việc cảu buồng đốt đối với một số chất ô nhiễm thường gặp.
Bảng 3: Nhiệt độ làm việc của buồng đốt có xúc tác đối với một số chất ô nhiễm phổ biến
trong công nghiệp
Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt
Page 3
MỤC LỤC
NỘI DUNG ĐỀ TÀI 4
1. Khái niệm 4
2. Bản chất của quá trình 4
3. Phân loại 4
3.1.Thiêu đốt không có xúc tác 5
a. Quá trình thiêu đốt bằng ngọn lửa trực tiếp: 5
b. Thiêu đốt có buồng đốt 8
3.2.Thiêu đốt có xúc tác 11
4. Ưu nhược điểm của phương pháp nhiệt trong xử lý khí thải 14
TÀI LIỆU THAM KHẢO 15
Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt
Page 4
NỘI DUNG ĐỀ TÀI
1. Khái niệm
Xử lý khí thải bằng quá trình thiêu đốt hoặc còn gọi là đốt cháy sau được áp dụng khá
phổ biến trong các trường hợp sau:
 Dùng trong trường hợp lưu lượng khí thải lớn mà nồng độ chất ô nhiễm lại rất
bé mà các phương pháp khác thực hiện không hiệu quả.
 Các chất ô nhiễm có mùi như H2S , NH3 , các hơi dung môi.
 Các loại sol khí hữu cơ có khói nhìn thấy được, ví dụ: như khói từ lò rang cà
phê, lò sản xuất thịt hun khói, lò nung men sứ,…
 Một số hơi, khí hữu cơ nếu thải trực tiếp ra môi trường sẽ gây hiện tượng khói
quang hóa.

 Khí thải từ công nghệ khai thác và lọc dầu.
2. Bản chất của quá trình
Bản chất của phương pháp là quá trình oxi hóa. Dưới tác dụng của nhiệt độ và oxi
trong không khí các chất ô nhiễm trong khí thải như H
2
S, CO, C
6
H
6
, các chất hữu cơ
dễ bay hơi, các chất gây mùi,…sẽ được chuyển thành các dạng không độc hoặc ít độc
hơn so với bản thân chúng.
 Phản ứng cháy của một số chất ô nhiễm:
CO + ½ O
2
→ CO
2
C
6
H
6
+ 15/2 O
2
→ 6CO
2
+ 3H
2
O
H
2

S + 3/2 O
2
→ SO
2
+ H
2
O
 Tác hại của một số khí thải khi chưa được xử lý
CO: kết hợp với Hemoglobin → chiếm chỗ của oxi trong máu.
C
6
H
6
: tạo sương khói, có thể gây ung thư
H
2
S: gây mùi ở nồng độ rất thấp 0,0005ppm ~ 0,0007mg/m
3
( so với SO
2
: nhận
biết mùi ở 0,5 ppm )
3. Phân loại
Gồm có: thiêu đốt có xúc tác và thiêu đốt không có xúc tác
Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt
Page 5
3.1.Thiêu đốt không có xúc tác
a. Quá trình thiêu đốt bằng ngọn lửa trực tiếp:
- Là biện pháp làm cho khí ô nhiễm cháy trực tiếp trong không khí mà không cần các
nhiên liệu bổ sung ,trường hợp chung chỉ cần nhiên liệu để mồi lửa và để điều

chỉnh khi cần thiết .
- Một hỗn hợp giữa chất cháy với không khí ở một giới hạn nồng độ nào đó sẽ gây
nổ. Nếu thành phần nhiên liệu giảm thấp hơn hoặc tăng cao hơn giới hạn nồng độ
gây nổ đó thì cường độ cháy của hỗn hợp đều sẽ giảm .
- Nồng độ thấp nhất và cao nhất mà tại đó ngọn lửa vẫn có khả năng cháy được gọi
là giới hạn dưới là giới hạn trên của quá trình cháy .
Bảng 1. Giới hạn cháy của một số chất khí & hơi trong hỗn hợp với không khí
tính theo%
Thứ tự
Chất
CTHH
Giới hạn dưới
Giới hạn trên
1
Amoniac
NH
3
15,5
27,0
2
Axeton
CH
3
COCH
3
1,6
13,0
3
Axetylen
C

2
H
2
1,53
82,0
4
Benzen
C
6
H
6
1,3
9,5
5
Butan
C
4
H
10
1,55
8,5
6
Cacbon đisunfua
CS
2
1,0
50,0
7
Cacbon oxit
CO

12,5
74,0
8
Dầu hoả
-
1,1
7,0
9
Etan
C
2
H
6
2,5
15,0
10
Etylen
CH
2
= CH
2
2,75
35,0
11
Gasolin
-
1,4
7,6
12
Hyđro

H
2
4,0
75,0
Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt
Page 6
13
Dihydro sunfua
H
2
S
4,3
44,5
14
Khí đốt thiên nhiên
-
4,8
13,5
15
Metan
CH
4
2,5
15,4
16
Propan
C
3
H
8

2,0
9,5
17
xăng
-
1,9 ÷ 2,4
4,9 ÷ 51
 Căn cứ vào giới hạn cháy có thể chia khí thải chứa các chất ô nhiễm cháy
được thành 3 nhóm:
• Nhóm 1: Thành phần nhiên liệu trong khí thải thấp hơn giới hạn dưới của quá
trình cháy khoảng 25%.
• Nhóm 2: Thành phần nhiên liệu trong khí thải nằm trong phạm vi từ giới hạn
dưới đến giới hạn trên của quá trình cháy.
• Nhóm 3: Thành phần nhiên liệu trong khí thải cao hơn giới hạn trên của quá trình
cháy.
- Khí thải thuộc nhóm 1 thường được xử lí bằng thiêu đốt trong buồng đốt.
- Khí thải thuộc nhóm 2 không an toàn ( vì nằm trong giới hạn nồng đồ gây nổ ).
Cần được điều chỉnh để đưa về thành nhóm 1 hoặc nhóm 3.
- Khí thải nhóm 3 thường được xử lí bằng ngọn lửa trực tiếp hoặc có thể làm nhiên
liệu bổ sung cho lò đốt, lò nung.
Ví dụ: cho phương pháp thiêu đốt bằng ngọn lửa trực tiếp là các ngọn đuốc ở các
mỏ dầu khí , nàh máy lọc dầu. Ngọn đuốc được thiết kế như một ống dẫn khí thẳng
đứng đến một độ cao thích hợp , trên tận cùng ngọn đuốc có lắp đầu đốt gồm bộ
phận phun hơi và mồi lửa, đảm bảo cho ngọn đuốc cháy liên tục và không có khói
mặc dù lượng khí thải , nồng độ chất cháy trong khí thải cũng như vận tốc gió có
thể thay đổi trong phạm vi rộng.
Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt
Page 7
Hình 1: Đầu đốt của hệ thống thiêu
đốt bằng ngọn lửa trực tiếp.

1.Ống góp dẫn khí thải
2.Vòng khống chế vận tốc khí thải
3.Ống góp phân phối hơi
4.Các điểm phun hơi
5.Bộ phận mồi lửa
Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt
Page 8
b. Thiêu đốt có buồng đốt
- Được áp dụng rộng rãi đối với khí thải chứa chất ô nhiễm dạng khí, hơi, sol khí cháy
được, nồng độ tương đối thấp.
- Ví dụ: Khí thải từ Lò rang cafe, lò sx thịt hun khói, thiết bị phun nhựa đường, lò
nấu vecni…
 Các bộ phận chính và quan trọng của hệ thống thiêu đốt này là:
 Buồng đốt
 Vòi đốt
 Bộ phận điều chỉnh quá trình cháy
 Dụng cụ chỉ thị nhiệt độ.
Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt
Page 9
Hình 2: Buồng đốt hình trụ đứng với ống cấp khí thải theo phương tiếp tuyến
1. ống cấp khí thải
2. các cửa vòi đốt
3. vòng thắt bằng vật liệu chịu lửa;
4. ống cấp nhiên liệu cho vòi đốt;
5. vỏ thép có ốp vật liệu chịu lửa;
6. ống khói thải khí sạch
- Buồng đốt : thường có dạng hình trụ & được xây dựng bằng vỏ thép có ốp gạch chịu
lửa.
- Nhiệt độ trong buồng đốt khoảng 900
o

C -1500
o
C.
- Vận tốc khí : 5 – 8 m/s
- Thời gian lưu của khí thải khoảng 0,2s – 0,5s.
- Nhiệt độ và thời gian lưu của khí thải là hai thông số quyết định cho quá trình cháy
diễn ra hoàn toàn hay không.
- Nồng độ chất ô nhiễm cũng ảnh hưởng nhiều đến quá trình cháy, nó quyết định
lượng nhiên liệu bổ sung. Khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng oxy hóa tăng theo cho
đến khi phản ứng oxy hóa tự duy trì được, lúc đó có thể giảm dần lượng nhiên liệu
bổ sung đến một giới hạn nhất đinh để đảm bảo quá trình cháy được ổn định.
Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt
Page 10
→ Ví dụ: khi thời gian lưu là 0,01s, nếu tăng nhiệt độ từ 1200
o
F lên 1400
o
F thì
mức độ phân hủy chất ô nhiễm tăng từ ≈ 40% lên ≈ 100%.
Hình3: Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian lưu của khí thải trong
buồng đốt ứng với các mức độ oxy hóa khác nhau của chất ô nhiễm.
- Khi nồng độ chất cháy quá thấp hay nhiệt lượng không đủ để duy trì sự cháy người
ta thường dùng biện pháp hâm nóng khí thải trước khi đưa vào buồng đốt.
Hình 4: Sơ đồ cấu tạo của buồng đốt có hâm nóng
1. Khí thải đi vào thiết bị thiêu đốt
2. Bề mặt trao đổi nhiệt sấy nóng khí thải
3. Nhiên liệu; 4. Vòi đốt; 5. Khí sạch ra.
Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt
Page 11
- Một số vấn đề khác cần lưu ý là mức độ hòa trộn giữa khí thải với nhiên liệu bổ sung.

Thông thường chỉ một phần khí thải (khoảng 50%) được hòa trộn tốt với nhiên liệu
bổ sung ngay tại vòi đốt. Phần còn lại của khí thải cần được hòa trộn với sản phẩm
cháy ở nhiệt độ cao sau ngọn lửa để đảm bảo ngọn lửa không bị dập tắt và quá trình
cháy diễn ra hoàn toàn.
- Nhiệt độ làm việc trong buồng đốt thay đổi tùy thuộc vào bản chất của chất ô nhiễm
trong khí thải.
Bảng 2: Nhiệt độ làm việc cảu buồng đốt đối với một số chất ô nhiễm thường gặp.
Chất
Giới hạn nhiệt độ trung bình
o
C
o
K
Hydrocacbon
Cacbon oxit
Xử lý mùi bằng oxi hóa
500 – 760
680 – 800
500 – 700
770 – 1033
950 – 1070
770 – 970
3.2 .Thiêu đốt có xúc tác
- Thiêu đốt có xúc tác là một bước phát triển tiếp theo của công nghệ xử lý khí thải
trong không gian kín - buồng đốt.
- Uu điểm nổi bật của thiêu đốt có xúc tác là quá trình oxy hóa chất ô nhiễm xáy ra
trên bề mặt vật liệu xúc tác ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể so với thiêu đốt không có
xúc tác.
- Một ưu điểm đáng kể nữa của thiêu đốt có xúc tác là phản ứng oxy hóa xảy ra trên
bề mặt chất xúc tác rất mạnh và nhanh nên thời gian lưu của khí thải trong buồng

đốt chỉ bằng 1/20 – 1/50 thời gian lưu ở trương hợp thiêu đốt bằng buồng đốt thong
thường.
Bảng 3: Nhiệt độ làm việc của buồng đốt có xúc tác đối với một số chất ô nhiễm
phổ biến trong công nghiệp.
Chất
Giới hạn nhiệt độ oxy hóa có xúc tác
K
0
C
Các chất dung môi: toluol, metyl etyl
keton, xylol …
530 - 730
260 - 460
Các chất béo nguồn gốc động thực vật.
530 - 640
260 - 370
Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt
Page 12
Các chất thải trong công nghiệp hóa chất
như: cacbon oxit, etylen, oxit etylen….
480 – 670
200 – 400
Hình 5: Sơ đồ CT buồng đốt có xúc tác
1. lớp đệm bằng vật liệu xuc tác
2. bề mặt trao đổi nhiệt
3.khí vào
4.khí sạch ra
5.cấp nhiên liệu
6.cấp không khí
7.vòi đốt

8. đường dẫn khí thải đã hâm nóng
a) Thu hồi nhiệt trực tiếp. b) Thu hồi nhiệt gián tiếp.
Hình 6: sơ đồ lắp đặt buồng đốt có xúc tác đề xử lý khói thải từ lò công nghiệp:
1.Lò
2. Vòi đốt hâm nóng khí thải
3. Tấm đục lỗ phân bố dòng khí
4. Lớp đệm bằng vật liệu xúc tác
5. Bề mặt trao đổi nhiệt hâm nòng khí thải
6. Thải khí sạch ra khí quyển
7. Tận dụng nhiệt của khói nóng đưa
về lò
8. Tận dụng nhiệt của khói nóng vào
mục đích khác.
Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt
Page 13
 Nguyên tắc:
- Oxy hóa các chất khí ô nhiễm trên bề mặt chất xúc tác không phát ra ngọn lửa
nhưng vẫn nóng đỏ.
- Thực hiện tương tác hóa học nhằm chuyển các khí độc thành các khí không độc
hoặc ít độc hại hơn nhờ các chất xúc tác đặc biệt.
- Nhiệt độ làm việc nằm trong khoảng từ 200 – 460
0
C và cũng tùy thuộc vào loại
chất ô nhiễm cần oxy hóa.
- Một số phương trình:
H
2
S + 3/2 O
2
= H

2
O+ SO
2
C
6
H
6
+ 7/2 O
2
= 3H
2
O + 6CO
2
CH
3
SH + 6O
2
= H
2
O + SO
2
+ CO
2
 Vật liệu xúc tác:
 Chế biến vật liệu xúc tác: dạng dài mỏng, hạt mịn , viên tròn…để tạo lớp đệm rỗng
và cho khí cần oxi hóa đi qua.
- Hiệu quả xử lí phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ làm việc, bụi bám, một số chất lẫn
trong khí thải…
Hình 7: Biểu đồ hiệu quả oxi hóa phụ thuộc vào nhiệt độ của chất xúc tác Pt/Al
2

O
3
đối
với một số chất ô nhiễm phổ biến
Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt
Page 14
Ưu và nhược điểm khi thiêu đốt có xúc tác:
 Ưu điểm:
- Hiệu quả oxy hóa đạt từ 95 – 98% cao hơn khi đốt không có xúc tác do khí thải
thoát ra chủ yếu là CO
2
, hơi nước, khí nitơ.
- Quá trình oxy hóa diễn ra trên bề mặt vật liệu xúc tác ở nhiệt độ thấp hơn đáng
kể so với nhiệt độ bắt lửa, tiết kiệm nhiên liệu bổ sung từ 40 – 50% so với buồng
đốt thông thường, giảm được chi phí đầu tư.
- Thời gian lưu khí thải trong buồng đốt chỉ bằng 1/20 – 1/50 so với buồng đốt
thông thường,→ kết cấu gọn nhẹ.
- Nhiệt độ của quá trình thấp nên an toàn hơn cho người vận hành.
 Nhược điểm:
- Vật liệu xúc tác làm bằng kim loại quý nên tốn nhiều chi phí.
- Bị hạn chế bởi bụi có trong khí thải ( cần phải lọc bụi trước khi đưa vào xử lý).
- Khó thu hồi sản phẩm sau khi xử lý.
- Sản phẩm chủ yếu là CO
2
nên cũng góp phần tăng khả năng hiệu ứng nhà kính.
4. Ưu nhược điểm của phương pháp nhiệt trong xử lý khí thải
 Ưu điểm
- Hiệu quả xử lý cao đối với những chất ô nhiễm đặc biệt mà các phương pháp
khác xử lý không có hiệu quả hoặc hiệu quả thấp.
- Phân hủy được hoàn toàn các chất ô nhiễm cháy được khi thiết bị thiêu đốt được

thiết kế và vận hành dung kỹ thuật.
- Khả năng thích ứng của thiết bị đối với sự thay đổi vừa phải của lưu lượng khí
thải cũng như nồng độ chất ô nhiễm trong khí thải.
- Không có sự suy giảm đáng kể về mặt chất lượng hoạt động của thiết bị, không
cần hoàn nguyên như trong các phương pháp hấp thụ và hấp phụ.
- Có thể thu hồi, tận dụng lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình thiêu đốt để đốt chất
thải rắn…
 Nhược điểm
- Chi phí đầu tư và vận hành thiết bị tương đối cao
Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt
Page 15
- Có khả năng phức tạp thêm vấn đề ô nhiễm không khí khi trong các chất ô
nhiễm hydrocacbon cần thiêu đốt ngoài các nguyên tố C, H, O… còn chứa cả
những hợp chất clorine, nito, lưu huỳnh
- Trong các quá trình thiêu đốt có cấp thêm nhiên liệu bổ sung có khả năng gây trở
ngại cho quá trình vận hành thiết bị.
HẾT
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] GS TS Trần Ngọc Chấn, Ô Nhiễm Không Khí Và Xử Lý Khí Thải (Tập 3), NXB Khoa
Học và Kỹ Thuật Hà Nội, năm 2001.